Detta protokoll utnyttjas ett kommersiellt tillgängliga tryck myograph system för att utföra tryck myograph testning på murin slidan och livmoderhalsen. Använda Media med och utan kalcium, bidragen från den släta muskelceller (SMC) basal tonen och passiv extracellulära matrix (ECM) isolerades för organ under uppskattade fysiologiska förhållanden.
De kvinnliga reproduktionsorganen, särskilt slidan och livmoderhalsen, består av olika cellulära komponenter och en unik extracellulär matris (ECM). Släta muskelceller uppvisar en kontraktila funktion inom vaginala och livmoderhals väggarna. Beroende på den biokemiska miljön och den mekaniska utspänd av orgel väggarna, de släta muskelcellerna förändra kontraktila villkor. Bidraget från de glatta muskelcellerna under baslinjen fysiologiska förhållanden klassificeras som en basal ton. Mer specifikt, en basala tonen är baslinjen partiell sammandragning av glattmuskelceller i avsaknad av hormonella och neurala stimulering. Dessutom ger ECM strukturellt stöd för orgel väggarna och fungerar som en reservoar för biokemiska signaler. Dessa biokemiska signaler är avgörande för olika organfunktioner, såsom anhållande tillväxt och upprätthålla homeostas. ECM av varje organ består främst av kollagenfibrer (mestadels kollagentyper I, III, och V), elastiska fibrer, och glykosaminoglykaner/proteoglykaner. Sammansättningen och organisationen av ECM diktera de mekaniska egenskaperna hos varje organ. En förändring i ECM sammansättning kan leda till utveckling av reproduktiva patologier, såsom bäcken orgel framfall eller för tidig cervikal remodeling. Vidare, förändringar i ECM mikrostruktur och stelhet kan förändra glatt muskulaturen cell aktivitet och fenotyp, vilket resulterar i förlusten av kontraktila kraft.
I detta arbete, de rapporterade protokollen används för att bedöma basala tonen och passiva mekaniska egenskaper hos den icke-gravida murina vagina och livmoderhalsen vid 4-6 månaders ålder i Estrus. Organen var monterade i en kommersiellt tillgänglig tryckmyograph och både tryck-diameter och kraft-längd tester utfördes. Exempeldata och dataanalys tekniker för mekanisk karakterisering av fortplantningsorganen ingår. Sådan information kan vara användbar för att konstruera matematiska modeller och rationellt utforma terapeutiska interventioner för kvinnors hälsorelaterade sjukdomar.
Den vaginala väggen består av fyra skikt, epitelet, lamina propria, muscularis, och adventitia. Epitelet består främst av epitelceller. Den lamina propria har en stor mängd elastiska och fibrillar kollagenfibrer. Den muscularis hinna är också sammansatt av elastin och kollagenfibrer men har en ökad mängd glatta muskelceller. Adventitia består av elastin, kollagen, och fibroblaster, om än i reducerade koncentrationer jämfört med de tidigare lagren. De glatta muskelcellerna är av intresse för biomekaniskt motiverade forskargrupper som de spelar en roll i kontraktila karaktären av organen. Som sådan, kvantifiera smidig muskel cell Area fraktion och organisation är nyckeln till att förstå den mekaniska funktionen. Tidigare undersökningar tyder på att den släta muskel halt inom vaginalväggen är främst organiserad i omkretsriktningen och längsgående axeln. Histologisk analys tyder på att glatta muskel arean fraktion är cirka 35% för både proximala och distala delar av väggen1.
Livmoderhalsen är en mycket kollagenous struktur, som tills nyligen, ansågs ha minimal smidig muskel cellinnehåll2,3. Nyligen genomförda studier har dock föreslagit att släta muskelceller kan ha ett större överflöd och roll i livmoderhalsen4,5. Livmoderhalsen uppvisar en gradient av glatta muskelceller. Det interna operativsystemet innehåller 50-60% glatta muskelceller där det externa operativsystemet endast innehåller 10%. Mus studier, emellertid, rapportera livmoderhalsen som ska bestå av 10-15% glattmuskelceller och 85-90% fibrösa bindväv utan omnämnande av regionala skillnader6,7,8. Med tanke på att musmodellen skiljer sig från den ofta rapporterade mänskliga modellen, ytterligare undersökningar om mus livmoderhalsen behövs.
Syftet med detta protokoll var att belysa de mekaniska egenskaperna hos den murina slidan och livmoderhalsen. Detta åstadkoms med hjälp av en tryck myograph enhet som möjliggör bedömning av mekaniska egenskaper i omkretsriktningen och axiella riktningar samtidigt samtidigt som infödda cell-matris interaktioner och orgel geometri. Organen var monterade på två anpassade kanyl och säkrade med silke 6-0 suturer. Prov med tryck diameter utfördes runt den uppskattade fysiologiska axiala sträckningen för att fastställa efterlevnaden och tangent moduli9. Force-length tester utfördes för att bekräfta den uppskattade axiella sträckan och för att säkerställa att mekaniska egenskaper kvantifierades i det fysiologiska området. Den experimentella protokollet utfördes på den icke-gravida murina vagina och livmoderhalsen vid 4-6 månaders ålder i Estrus.
Protokollet är uppdelat i två huvudsakliga mekaniska provnings sektioner: basal ton och passiv testning. En basal ton definieras som baslinjen partiell sammandragning av glatta muskelceller, även i frånvaro av externa lokala, hormonella, och neurala stimulering10. Denna baslinje kontraktila karaktären av slidan och livmoderhalsen ger karakteristiska mekaniska beteenden som sedan mäts av trycket myograph systemet. De passiva egenskaperna bedöms genom att ta bort den intercellulära kalcium som upprätthåller baslinjen tillstånd av kontraktion, vilket resulterar i avslappning av glatta muskelceller. I det passiva tillståndet ger kollagen och elastin fibrer de dominerande bidragen för de mekaniska egenskaperna hos organen.
Den murina modellen används i stor utsträckning för att studera patologier i kvinnors reproduktiv hälsa. Musen erbjuder flera fördelar för att kvantifiera de föränderliga relationerna mellan ECM och mekaniska egenskaper inom reproduktionssystemet11,12,13,14. Dessa fördelar inkluderar korta och väl karaktäriserade brunst cykler, relativt låg kostnad, enkel hantering, och en relativt kort gestationstid15. Dessutom är genomet av laboratoriemöss väl kartlagda och genetiskt modifierade möss är värdefulla verktyg för att testa mekanistiska hypoteser16,17,18.
Kommersiellt tillgängliga tryck myograph system används i stor utsträckning för att kvantifiera de mekaniska svaren från olika vävnader och organ. Några anmärkningsvärda strukturer analyseras på trycket myograph systemet inkluderar elastiska artärer19,20,21,22, vener och vävnad konstruerade vaskulära ympkvistar23,24, matstrupen25, och de stora tarmarna26. Trycket myograph Technology tillåter samtidig bedömning av egenskaper i axiella och omkretsriktningen riktningar samtidigt som de infödda cell-ECM interaktioner och in vivo geometri. Trots den omfattande användningen av myograph system i mjuk vävnad och orgel mekanik, ett protokoll som utnyttjar trycket myograph Technology hade inte tidigare utvecklats för slidan och livmoderhalsen. Tidigare undersökningar av de mekaniska egenskaperna hos slidan och livmoderhalsen bedömdes uniaxially27,28. Dessa organ, dock uppleva multiaxiella lastning i kroppen29,30, vilket kvantifierar deras biaxiella mekaniska svar är viktigt.
Dessutom, nyligen arbete antyder glattmuskelceller kan spela en potentiell roll i mjuk vävnad patologier5,28,31,32. Detta ger en annan attraktion att utnyttja den tryck myograph teknik, eftersom det bevarar de infödda cell-matris interaktioner, vilket möjliggör avgränsning av bidraget att släta muskelceller spelar i fysiologiska och patofysiologiska Villkor. Häri föreslår vi ett protokoll för att kvantifiera de multiaxiella mekaniska egenskaperna hos slidan och livmoderhalsen under både basal tonen och passiva förhållanden.
Det protokoll som föreskrivs i denna artikel presenterar en metod för att bestämma de mekaniska egenskaperna hos murin slidan och livmoderhalsen. De mekaniska egenskaperna som analyseras i detta protokoll omfattar både de passiva och basala ton förhållandena i organen. Passiva och basala ton förhållanden induceras genom att förändra den biokemiska miljö där orgeln är nedsänkt. För detta protokoll innehåller media som deltar i basal testning kalcium. Testning av basal tonen tillstånd tillåter isolering a…
The authors have nothing to disclose.
Arbetet finansierades av NSF CAREER Award Grant #1751050.
2F catheter | Millar | SPR-320 | catheter to measure cervical pressure |
6-0 Suture | Fine Science Tools | 18020-60 | larger suture ties |
CaCl2 (anhydrous) | VWR | 97062-590 | HBSS concentration: 140 mg/ mL |
CaCl2-2H20 | Fischer chemical | BDH9224-1KG | KRB concentration: 3.68 g/L |
Dextrose (D-glucose) | VWR | 101172-434 | HBSS concentration: 1000 mg/mL KRB concentration: 19.8 g/L |
Dumont #5/45 Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | curved forceps |
Dumont SS Forceps | Fine Science Tools | 11203-25 | straight forceps |
Eclipse | Nikon | E200 | microscope used for imaging |
Flow meter | Danish MyoTechnologies | 161FM | flow meter within the testing apparatus |
Force Transducer – 110P | Danish MyoTechnologies | 100079 | force transducer |
ImageJ | SciJava | ImageJ1 | used to measure volume |
Instrument Cases | Fine Science Tools | 20830-00 | casing to hold dissection tools |
KCl | Fisher Chemical | 97061-566 | HBSS concentration: 400 mg/ mL KRB concentration: 3.5 g/L |
KH2PO4 | G-Biosciences | 71003-454 | HBSS concentration: 60 mg/ mL |
MgCl2 | VWR | 97064-150 | KRB concentration: 1.14 g/L |
MgCl2-6H2O | VWR | BDH9244-500G | HBSS concentration: 100 mg/ mL |
MgSO4-7H20 | VWR | 97062-134 | HBSS concentration: 48 mg/ mL |
Mircosoft excel | Microsoft | 6278402 | program used for spreadsheet |
Na2HPO4 (dibasic anhydrous) | VWR | 97061-588 | HBSS concentration: 48 mg/mL KRB concentration: 1.44 g/L |
NaCl | VWR | 97061-274 | HBSS concentration: 8000 mg/mL KRB concentration: 70.1 g/L |
NaHCO3 | VWR | 97062-460 | HBSS concentration: 350 mg/ mL KRB concentration: 21.0 g/L |
Pressure myograph systems | Danish MyoTechnologies | 110P and 120CP | Pressure myograph system: prorgram, cannulation device, and controller unit |
Pressure Transducer | Danish MyoTechnologies | 100106 | pressure transducer |
Student Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | straight forceps |
Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | micro-scissors |
Tissue dye | Bradley Products | 1101-3 | ink to measure in vivo stretch |
Ultrasound transducer | FujiFilm Visual Sonics | LZ-550 | ultrasound transducer used; 256 elements, 40 MHz center frequency |
VEVO2100 | FujiFilm Visual Sonics | VS-20035 | ultrasound used for imaging |
Wagner Scissors | Fine Science Tools | 14069-12 | larger scissors |